La théorie des cordes postule l’existence de dix dimensions spatio-temporelles, neuf d’espace et une de temps, là où nos sens n’en perçoivent que quatre. Depuis la formule fondatrice de Gabriele Veneziano en 1968, cette exigence mathématique n’a jamais pu être vérifiée par l’expérience. Plus de cinquante ans après, le mystère reste entier.

Il y a quelque chose de vertigineux dans cette idée. Pendant que vous lisez ces lignes, votre corps serait en réalité plongé dans dix dimensions, dont six resteraient invisibles, repliées sur elles-mêmes à une échelle tellement minuscule qu’aucun de nos sens ne pourrait jamais les percevoir. Ce n’est pas de la science-fiction, c’est une conséquence directe des équations de la théorie des cordes, qui structurent une bonne partie de la physique théorique depuis plus d’un demi-siècle.

Six dimensions invisibles qui se cachent sous nos pieds depuis 50 ans

Tout commence avec Gabriele Veneziano, un physicien italien qui publie en 1968 dans la revue Nuovo Cimento une formule qui allait devenir, sans qu’il le sache totalement à l’époque, l’acte de naissance de toute une discipline. Son amplitude de diffusion, destinée à décrire le comportement de particules en interaction, possédait des propriétés mathématiques si particulières qu’elle semblait décrire quelque chose de plus profond que de simples points matériels.

Ce quelque chose, ce sont des cordes. Des objets unidimensionnels vibrants, dont les différents modes de vibration correspondraient aux différentes particules que nous observons dans l’univers. Une idée élégante, presque poétique, mais qui impose une contrainte redoutable : pour que les mathématiques tiennent debout sans produire d’incohérences, ces cordes doivent exister dans au moins dix dimensions. C’est ce que rappelait Caltech dans un résumé publié récemment, en précisant que les équations exigent dix dimensions là où nous n’en expérimentons que quatre.

Le parcours de cette théorie n’a pourtant pas été un long fleuve tranquille. Dès 1973, elle tombe en disgrâce face à la montée en puissance de la chromodynamique quantique, une autre approche qui décrit avec succès les interactions entre quarks et gluons. Il faudra attendre encore plusieurs années pour que la théorie des cordes revienne sur le devant de la scène, portée cette fois par sa capacité à unifier gravité et mécanique quantique, un exploit qu’aucune autre approche n’a réussi à ce jour.

Des équations parfaites, zéro expérience : le paradoxe qui bloque les physiciens

Voici le cœur du problème, celui qui agace autant qu’il fascine la communauté scientifique depuis des décennies : la théorie des cordes fonctionne magnifiquement bien sur le papier, mais aucune observation n’a jamais confirmé l’existence directe de ces dimensions supplémentaires. Personne n’a jamais vu une corde, même indirectement, ni détecté le moindre signe de cet espace à dix dimensions.

Une étude récente baptisée Strings from Almost Nothing, financée notamment par le département américain de l’Énergie, a tenté une approche différente. Plutôt que de partir des cordes pour en déduire des conséquences, les chercheurs sont partis de règles simples décrivant le comportement des particules à très haute énergie. Résultat surprenant : les signatures caractéristiques de la théorie des cordes ont émergé spontanément des équations, sans que personne ne les ait imposées au départ.

Ce genre de résultat alimente l’espoir que la théorie des cordes ne soit pas qu’une construction mathématique arbitraire, mais qu’elle capture quelque chose de réel sur la structure de l’univers. Le problème, c’est que l’espoir théorique ne remplace jamais une preuve expérimentale. Et sur ce terrain, les chercheurs restent les mains vides depuis le début.

Des physiciens du King’s College de Londres ont toutefois publié dans Physical Review D une méthode prometteuse. En s’appuyant sur l’inférence bayésienne, un outil statistique qui permet d’affiner des probabilités à partir de nouvelles données, ils ont modélisé deux masses possibles pour l’axion, un candidat sérieux à la matière noire, détectables par les expériences DM Radio et ADMX. En passant en revue des millions de topologies de cordes différentes, leur équipe n’en a retenu qu’un sous-ensemble compatible avec un axion lourd, ce qui permettrait pour la première fois d’écarter rigoureusement certains modèles théoriques.

Pourquoi aucun accélérateur sur terre ne pourra jamais trancher le débat

Si la théorie des cordes résiste si bien à la vérification expérimentale, ce n’est pas par manque de bonne volonté des physiciens. C’est une question d’échelle, tout simplement vertigineuse. Selon Caltech, tester directement la théorie demanderait des énergies telles qu’il faudrait construire un collisionneur de particules aussi grand qu’une galaxie entière. Autant dire que ce projet restera à jamais hors de portée.

Le Grand collisionneur de hadrons du CERN, pourtant l’accélérateur de particules le plus puissant jamais construit, a déjà rendu son verdict sur une partie du problème. Les cordes d’une masse à l’échelle du TeV, c’est-à-dire relativement légères selon les standards de la théorie, ont été exclues expérimentalement. Aucun effet de ce type n’a été observé dans les collisions, ce qui repousse d’autant la fenêtre où l’on pourrait espérer détecter un signe tangible de ces objets.

C’est pour contourner cette impasse que des approches indirectes, comme celle du King’s College autour de l’axion, prennent tout leur sens. Plutôt que de chercher à produire une corde en laboratoire, mission impossible avec nos technologies actuelles, les chercheurs traquent les empreintes que ces dimensions supplémentaires pourraient laisser sur des particules déjà connues.

L’astronomie pourrait d’ailleurs apporter sa pierre à l’édifice dans les mois à venir. Le télescope spatial Euclid de l’Agence spatiale européenne doit livrer le 12 novembre 2026 sa première grande publication cosmologique, couvrant environ 1 900 degrés carrés du ciel. De son côté, l’instrument DESI a déjà achevé son relevé initial de cinq ans en observant plus de 47 millions de galaxies et quasars, dépassant largement l’objectif initial de 34 millions. Ces cartographies gigantesques de l’univers pourraient, à terme, révéler des anomalies compatibles ou incompatibles avec certains modèles issus de la théorie des cordes.

Au final, ce qui freine la théorie des cordes n’est ni un manque d’ingéniosité mathématique, ni une pénurie de chercheurs brillants prêts à s’y consacrer. C’est une barrière bien plus prosaïque, celle de l’énergie disponible sur Terre, dérisoire face à ce qu’exigerait une vérification directe. En attendant un hypothétique signal venu de l’infiniment petit ou de l’infiniment grand, dix dimensions continuent d’habiter nos équations sans jamais se montrer à nos instruments.

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